Электротехнические материалы представляют собой совокупность проводниковых, электроизоляционных, магнитных и полупроводниковых материалов, предназначенных для работы в электрических и магнитных полях. Сюда же можно отнести основные электротехнические изделия: изоляторы, конденсаторы, провода и некоторые полупроводниковые элементы. Электротехнические материалы в современной электротехнике занимают одно из главных мест
Общие свойства конструкционных материалов.
Разработка конкретных узлов и устройств ставит ряд общих и специфических
задач для используемых материалов. Во первых, они должны выполнять те функции,
которые заложены в исходные требования. Во вторых, материалы должны выбираться
более дешевыми с учетом трудоемкости обработки и предполагаемого ресурса работы.
В третьих, материалоемкость изделия должна быть, по возможности минимальной. Для
того, чтобы все эти требования обеспечить необходимо хорошо понимать свойства
материалов.
Наиболее распространенными конструкционными материалами являются металлы,
а из металлов - сталь. Она составляет примерно 80-85% от всего объема выпуска
металлов. Это обусловлено как относительной распространенностью железа, так и
технологичностью обработки сплавов на основе железа.
Относительно
распространенности элементов можно сказать следующее. Как вы наверное знаете,
наша вселенная появилась в результате Большого Взрыва. При этом, первыми образовались
легкие элементы, сначала водород, затем из водорода путем термоядерной реакции
слияния - гелий, затем литий, бериллий,
бор, углерод, азот, кислород. В первых рядах - кремний, алюминий, магний
и железо. А по распространенности в земной коре, самыми распространенными
элементами являются кислород и кремний (75%) и железо (4%). С глобальной точки
зрения - это материалы будущего.
Металлы представляют собой поликристаллические тела, состоящие из мелких
кристаллов размером от 1 мм до 10 мкм. Они называются зернами, или кристаллитами.
Общие
свойства металлов:
-
высокая теплопроводность и электропроводность
- положительный ТКС
-
термоэлектронная эмиссия при нагреве.
Чистые металлы обладают низкой прочностью, они слишком пластичны и поэтому практически
не используются. Обычно используют сплавы разных металлов, в качестве добавок
используют и неметаллы. При этом компоненты могут смешиваться друг с другом на
молекулярном уровне, т.е. взаимно растворяться друг в друге, а могут и не смешиваться
образуя отдельные кристаллиты. В металловедении их называют фазами. Форма кристаллитов,
их размер, взаимное расположение играет важную роль в создании тех свойств, которые
требуются от материала. Каждый кристаллит представляет собой однородную систему
со своей кристаллической структурой. Последняя образована ионами, образующими
остов решетки и обобществленными электронами. Собственно говоря притяжением между
электронами и ионным остовом решетки обязаны металлы своей прочностью. Большинство
металлов имеют решетки следующих типов: кубическая объемно-центрированная, где
ионы расположены по углам куба и один ион в центре куба, кубическая гранецентрированная,
где 8 ионов расположены по углам куба и шесть ионов расположены по центрам сторон
куба, гексагональная, где ионы расположены по углам шестигранной призмы и в центре
плоскостей призм, а также три иона в
центральной плоскости призмы. Если представить себе атомы шариками, то такие укладки
шаров представляют собой структуры, близкие к плотной упаковке.
Если в идеальный кристалл ввести атомы другого типа, которые хорошо смешиваются
друг с другом на молекулярном уровне (растворяются), то в ряде случаев образуются
т.н. «твердые растворы». Введенные атомы в достаточно большом количестве, чтобы
они были в окружении каждого атома -хозяина, но в недостаточном количестве, чтобы
менять строение решетки, образуют твердый раствор. Бывают два типа твердых растворов:
твердый раствор внедрения и твердый раствор замещения. В первом случае добавленные
атомы находятся в междоузлиях решетки, а во втором случае - они замещают атомы
в кристаллической решетке.